способ определения величины механической активности легких

Формула изобретения

Способ определения величины механической активности легких, заключающийся в том, что регистрируют транспульмональное давление, объем легких, определяют общую неэластическую работу дыхания (ОНРД) по площади дыхательной петли в 3-5 дыхательных циклах при 3-5 дыхательных движениях в минуту, глубиной, равной 2/3 жизненной емкости легких, не менее, чем при трех различных величинах минутного объема дыхания (МОД) по оси ординат откладывают величины ОНРД в кГм/мин, по оси абсцисс - величины МОД в л/мин, прерывают воздушный поток на 0,5 с 4-6 раз на вдохе и выдохе, определяют величину неэластической работы дыхания (НРД) по площади дыхательной петли отдельно для вдоха и выдоха, откладывая внутри дыхательной петли величины альвеолярного давления, полученные в результате прерывания воздушного потока, соответственно тем точкам объема, где производилось прерывание потока, при этом время воздушного потока считают равным разнице между общей продолжительностью цикла и временем, затраченным на прерывание воздушного потока, суммируют полученные величины отдельно для вдоха и выдоха, а величину механической активности легких вычисляют путем вычитания ОНРД из НРД, при одинаковом МОД.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины, конкретно клинической физиологии дыхания и касается способа определения величины механической активности легких.

В литературе не найдено способа измерения механической активности легких.

Предлагаемое изобретение является пионерским и основано на обнаружении нового свойства легких активно присасывать и изгонять из себя воздух помимо действия сил со стороны грудной клетки и диафрагмы в условиях целостности системы аппарата внешнего дыхания (1, 2).

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа определения механической активности легких.

Поставленная задача решается способом определения величины механической активности легких, заключающимся в определении общей неэластической работы дыхания из площади дыхательной петли в 3-5 дыхательных циклах при различном минутном объеме спокойного, редкого, 3-5 дыхательных движений в минуту, дыхания глубиной, равной 2/3 жизненной емкости легких; построении по полученным величинам кривой работы дыхания; в определении величины неэластической работы дыхания из площади дыхательной петли отдельно на вдохе и выдохе при редком, 3 дыхательных движения в минуту, дыхания глубиной, равной 2/3 жизненной емкости легких, в условиях прерывания воздушного потока равно разнице между общей продолжительностью цикла и временем, затраченным на прерывание воздушного потока; определении величины неэластической работы дыхания путем суммирования полученных результатов измерения на вдохе и выдохе; в сравнении полученной величины с величиной общей неэластической работы дыхания, полученной по кривой работы дыхания при том же минутном объеме дыхания путем вычитания второй из первой.

Изобретение обладает новизной, не вытекает явным образом из уровня техники и прошло апробацию в СГМУ в научной лаборатории кафедры пропедевтики внутренних болезней.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критериям изобретения и новизна и изобретательский уровень "промышленно применимо".

Способ осуществляют следующим образом

Определяют неэластическую работу дыхания (ОНРД) из площади дыхательной петли в 3-5 дыхательных циклах при различном минутном объеме дыхания (МОД) спокойного, редкого, 3-5 дыхательных движений в 1 минуту, глубиной, равной 2/3 жизненной емкости легких. По общепринятой методике регистрируют транспульмональное давление (разница между давлением в пищеводе и во рту исследуемого). Транспульмональное давление - это только то давление, которое прикладывается к поверхности легких в процессе дыхательных движений. Одновременно также по общепринятой методике регистрируют изменения объема легких в процессе дыхания. Соотношение между изменениями транспульмонального давления и объема легких выражается в виде петли общего легочного гистерезиса, или как его называют дыхательной петли. Площадь дыхательной петли соответствует величине работы дыхания (работы дыхательной мускулатуры) по преодолению общего неэластического сопротивления легких. Неэластическое сопротивление, как известно, складывается из аэродинамического сопротивления (бронхиального), тканевого трения и инерционного сопротивления ткани и газа. В данном случае эти компоненты сопротивления не дифференцируются.

Редкое и глубокое дыхание в клинической физиологии дыхания обычно используется для создания квазистатических условий с целью измерения эластического сопротивления легких, когда неэластическое сопротивление отсутствует или имеет небольшую величину. При этом площадь дыхательной петли минимальная или петля отсутствует вовсе. Глубину дыхательных движений, равную 2/3 жизненной емкости легких (ЖЕЛ), берут для того, чтобы исключить возможные помехи и артефакты, которые возникают при глубине дыхания, равной ЖЕЛ. На высоте резервного вдоха и выдоха весьма часто возникают спазмы пищевода, исключающие возможность измерения при этом транспульмонального давления. ОНРД измеряют в 3-5 дыхательных циклах, так как зависимость между величиной ОНРД и МОД не имеет линейного характера. При клиническом исследовании практически невозможно получить заданный МОД, заданную величину глубины дыхательного объема и продолжительность дыхательного цикла. Поэтому накануне исследования, исследуемые лица тренируются выполнять необходимые дыхательные маневры, однако и при таких условиях необходимо выбирать дыхательные циклы при которых определяется различный МОД. Минимально требуется 3 величины МОД и соответствующих величин ОНРД, выраженных в кГм/мин.

По полученным величинам ОНРД и МОД строят кривую работы дыхания. По оси ординат откладывают величины ОНРД в кГм/мин, а по оси абсцисс - величины МОД в л/мин. Через точки на графике проводят кривую, отражающую зависимость между увеличением ОНРД и соответствующим увеличением МОД. Чаще всего эта зависимость имеет параболическую форму, однако возможны и другие формы.

Определяют величину НРД на вдохе и выдохе в условиях прерывания воздушного потока клапаном на 0,5 с. В остальном условия исследования прежние. Количество дыхательных движений должно быть 3 в 1 минуту, а глубина дыхания 2/3 ЖЕЛ. МОД при данном маневре дыхания должен быть в пределах тех величин, которые были получены ранее при редком спокойном глубоком дыхании. При подсчете МОД нужно учитывать только то время, когда происходит воздушный поток. Время воздушного потока равно разнице между общей продолжительностью цикла и временем, затраченным на прерывание воздушного потока. Количество прерываний воздушного потока производится по 4-6 раз на вдохе и выдохе.

В момент прерывания воздушного потока на спирограмме возникает плато, свидетельствующее, что объем легких при этом не изменяется. На кривой транспульмонального давления в момент прерывания воздушного потока появляются подъемы на вдохе, падения на выдохе также в виде плато и отражающие величины альвеолярного давления в момент прерывания воздушного потока. Плато транспульмонального давления может быть деформировано в результате влияния на него движения сердца. Эти деформации стереотипны, их усредняют и расценивают как артефакты. Однако весьма часто возникает еще выраженная деформация плато в направлении увеличения значения альвеолярного давления, измеренного методом прерывания воздушного потока (отрицательного на вдохе и положительного на выдохе). Эту деформацию плато учитывают, так как изменение альвеолярного давления на вдохе отражает присасывающее действие легких, а на выдохе их сокращение. В связи с тем, что давление во рту исследуемого, отражающее изменение альвеолярного давления, подключено с противоположной стороны от мембраны дифференциального датчика давления, куда подается внутрипищеводное давление, смещение плато и рассматриваемая его деформация происходит в противоположную сторону.

Дыхательную петлю строят по величинам объема и транспульмонального давления, измеренного в момент перед прерыванием воздушного потока. Затем внутри полученной петли откладывают величины альвеолярного давления, которые были получены в результате прерывания воздушного потока на 0,5 с с учетом его деформации. Эти величины откладывают соответственно тем точкам объема, где производилось прерывание потока. Далее соединяют точки, обозначающие величины альвеолярного давления отдельно на вдохе и выдохе, и получают соответственно две части дыхательной петли: на вдохе и на выдохе. Эти части петли рассчитывают раздельно, так как их площади часто накладываются друг на друга, в связи с чем сумма частей становится больше дыхательной петли, построенной по величинам транспульмонального давления и объема, измеренных в момент до прерывания воздушного потока.

Для определения НРД, характеризующую дыхательный цикл в условиях прерывания воздушного потока, производят суммирование частей работы дыхания на вдохе и выдохе. Следует при этом отметить, что НРД, полученная в условиях прерывания воздушного потока, соответствует части ОНРД, которая затрачивается на преодоление аэродинамического сопротивления, так как части петли гистерезиса легких строились по величинам альвеолярного давления и тканевое трение при этом не учитывалось. Тем не менее, величина ОНРД, полученная при спокойном редком и глубоком дыхании, была весьма мала, а НРД, полученная в условиях прерывания воздушного потока, была существенно больше. В связи с тем, что методика измерения транспульмонального давления исключает влияние дыхательной мускулатуры в период прерывания воздушного потока на величину внутрилегочного сопротивления, увеличение его возможно только в результате действия источника механической энергии внутри легких. Таким образом, увеличение НРД при прерывании воздушного потока отражает механическую активность легких (МАЛ).

Сравнение НРД, полученной при прерывании воздушного потока с ОНРД, полученной при редком спокойном глубоком дыхании, позволяет измерить МАЛ путем вычитания ОНРД из НРД в условиях одинакового МОД. Сравнение производится на том же графике, на котором была построена кривая работы дыхания. Сначала отмечают величину НРД при соответствующей величине МОД. Далее на кривой ОНРД определяют величину ОНРД при том же МОД, что и НРД, полученном при прерывании воздушного потока. Сравнение величин проводят путем вычитания ОНРД из НРД. Разница между этими величинами составляет величину механической активности легких (МАЛ).

МАЛ (кГм/мин)=НРД (прерывание) - ОНРД

Предложенный метод измерения механической активности легких безусловно информативен для здоровых людей и для той части лиц с патологическими изменениями в легких, у которых ОНРД при редком глубоком дыхании отсутствует или мала как у здоровых людей.

Пример определения механической активности легких (МАЛ)

Исследование проводится у практически здорового мужчины в возрасте 28 лет, рост 172 см, ЖЕЛ=4,2 л. Исследование производится после предварительной тренировки выполнять необходимые дыхательные маневры.

В результате расчета одновременно зарегистрированных спирограммы и кривой транспульмонального давления были получены следующие данные. При редком, спокойном глубоком дыхании получены 3 дыхательных цикла:

1. Дыхательный объем= 2,88 л; частота дыхания 3,5 в 1 мин; МОД=10,1 л/мин; ОНРД=0,02 кГм/мин (фиг.1).

2. Дыхательный объем 2,75 л; частота дыхания 4,8 в 1 мин.; МОД=13,2 л/мин; ОНРД=0,06 кГм/мин (фиг.2).

3. Дыхательный объем 2,8 л; частота дыхания 5,1 в 1 мин; МОД=14,28 л/мин; ОНРД=0,11 кГм/мин (фиг.3).

При маневре дыхания с прерыванием воздушного потока глубина дыхания составляла 2,58 л. Частота дыхательных движений с учетом времени прерывания воздушного потока на 0,5 с составляла 5 в 1 мин. Было произведено 6 прерываний воздушного потока на вдохе и 5 на выдохе. Время воздушного потока составляло 12,0 с. То есть из общей продолжительности дыхательного цикла, равного 17,5 с, было вычтено 5,5 с - суммированное время прерывания воздушного потока. МОД, таким образом, составлял 12,9 л/мин, НРД составляла 0,61 кГм/мин.

На фиг. 4 представлена петля гистерезиса легких, полученная в условиях прерывания воздушного потока. Вертикальные линии, соединяющие светлые кружочки и крестики отражают величины альвеолярного давления на вдохе и образуют часть гистерезиса легких на вдохе, обусловленного как предполагается согласно общепринятому представлению о механике дыхания, аэродинамическим сопротивлением на вдохе. Сплошные кружочки и крестики формируют часть гистерезиса легких на выдохе также согласно общепринятому представлению о механике дыхания обусловленную аэродинамическим сопротивлением.

Сумма гистерезиса легких на вдохе и выдохе составляла 0,61 кГм/мин (0,28 кГм/мин (на вдохе) + 0,33 кГм/мин (на выдохе)=0,61 кГм/мин).

Сравнение НРД, полученной в условиях прерывания воздушного потока с ОНРД, полученной при первом маневре дыхания, производится на графике (фиг. 5). Сплошными кружочками обозначена кривая ОНРД, полученная при первом маневре дыхательных движений. Светлый кружок обозначает величину НРД, полученную в условиях прерывания воздушного потока клапаном на 0,5 с. При МОД, равном 12,9 л/мин, ОНРД составляла 0,05 кГм/мин. Таким образом, НРД больше ОНРД на величину МАЛ.

МАЛ=НРД-ОНРД;

МАЛ=0,61-0,05=0,56 кГм/мин (при МОД, равном 12,9 л/мин).

Дополнительное пояснение сущности метода определения механической активности легких. Прерывание воздушного потока не должно приводить к увеличению аэродинамического сопротивления легких по сравнению с таковым, измеренным при физиологическом редком и глубоком дыхании и той же скорости воздушного потока (МОД).

При измерении альвеолярного давления с помощью прерывания воздушного потока по транспульмональному давлению любое дополнительное усилие дыхательной мускулатуры, направленное на устранение препятствия, вызванного клапаном прерывателя, воздушного потока вычитается дифференциальным датчиком давления и не регистрируется. Увеличение альвеолярного давления (отрицательного на вдохе и положительного на выдохе) во время прерывания воздушного потока вызывает источник механической энергии внутри легких. Следовательно, увеличение НРД при прерывании воздушного потока обусловлено механической активностью легких в ответ на прерывание воздушного потока, а величина НРД при этом отражает не только величину аэродинамического сопротивления легких, но еще и величину механической активности легких в условиях прерывания воздушного потока клапаном. Таким образом, тот факт, что НРД, измеренная в условиях прерывания воздушного потока, существенно больше ОНРД, измеренной при редком глубоком дыхании, означает проявление собственной механической активности легких (МАЛ) и возможности ее измерения.

Литература

1) Тетенев Ф.Ф. Биомеханика дыхания. Томск, 1981, - с.145.

2) Тетенев Ф.Ф. Новые теории - в XXI век. Томск, "Сибирский издательский дом", 2001, - с.180.